Введение к работе
Актуальность проблемы. Основной тенденцией современного моторострое-шя является увеличение мощности и быстроходности выпускаемых двигателей -іаиболєе дорогих и сложных агрегатов машины, работа которых во многом зави-:ит от поршневых колец.
Повышение срока службы поршневых колец достигается в настоящее время гутем разработок новых типов конструкций, технологий тготовления, материалов і покрытий, а также путем выполнения колец с оптимальными параметрами и ха-іактеристиками. Среди последних важную роль играет закономерность распреде-іения радиальных давлений кольца на зеркало цилиндра двигателя - эпюра родильных давлений (ЭРД).
Установлено, что при повышении быстроходности двигателей внутреннего гораиия (ДВС) возрастает пропуск газов, что снижает мощность двигателя и по-юю приводит в результате изгибных колебаний к поломкам поршневых колец и юэгому исследования по оценке влияния конфигурации ЭРД на вибростонкость юршневыч колец приобретают особую важность.
До настоящего времени не была решена задача расчета частот и форм колебаний поршневых колец с эпюрами давлений сложной конфигурации, решение ее казалось возможным благодаря развитию численных методов и применению )ВМ. Кроме того, изготовление вибростойких колец стало возможным благодаря недрению на заводах копирного способа обработки, который существенно отли-ается от ранее применявшихся (термофиксации колец на шпонке или двойной руглой обточки круглых заготовок).
Способ обработки по копиру требует более жесткой технологической дисци-лины, применения специальных копнрных устройств (станков или наладок), вы-олнеиия сложных расчетов, учитывающих расчет формы кольца в свободном со-гоянии, особенности технологического процесса обработки, неоднородные свой-
ства материала поршневых колец и кинематику копирных устройств. В этой связи проблема повышения срока службы поршневых колец путем совершенствования технологий изготовления с реализацией ЭРД, обеспечивающих вибростойкость колец при эксплуатации, является весьма важной, своевременной и актуальной.
Цель работы - повышение срока службы поршневых колец путем увеличения их вибростойкости, учета при изготовлении неоднородной структуры материала и аккомодации колец, а также учета особенностей кинематики копирных устройств.
Научной новизной работы является:
метод расчета частот и форм осевых и радиальных колебаний поршевых колец;
критерий вибростойкости по формам радиальных колебаний поршневого кольца;
анализ влияния сложной конфигурации ЭРД на вибростойкость поршневых колец и рекомендации рациональных величин степеней коррекции ЭРД при реализации их б готовых кольцах;
средства и методы определения ЭРД поршневых колен по результатам замеров на контрольно-измерительных приборах (формомерах, раднусомерах, одноплунжерных и одноштифтовых эпюромерах). результаты статистической обработки этих замеров;
гипотетическая модель механизма вибраций и способ выявления резонансных состояний и условий возникновения автоколебаний, флаттера колец, рекомендации для их устранения при конструировании колец;
общий расчет формы поршневых колец в свободном состоянии, учитывающий оптимальную ЭРД и неравномерный характер распределения механических свойств материала по периметру кольца;
блок-схема расчета технологического контура колец и профиля копиров с учетом влияния кинематики копировальных узлов;
результаты промышленного внедрения и оценка технико-экономической эффективности предложенного способа изготовления вибростойких поршневых ко-
1ЄЦ.
Практическая ценность работы состоит в следующем: разработаны экспериментально-аналитические способы определения ЭРД с "гомощью формомеров, радиусомеров, одноплунжерных и одноштифтовых эпю-юмеров, которые были апробированы на заводах и включены в РТМ 24.060.36-81, іьіпушеннои ЦНИДИ;
найдены оптимальные конфигурации ЭРД с величинами степеней коррекции t 1,3-1,5, которые при всех прочих равных условиях повышают срок службы ко-іецна 10-12%;
выбраны эффективные виды аппроксимирующих функций для контура
:ольца и профиля копира в форме тригонометрических полішомов, включающих
произведение синуса на его аргумент, свободные члены и гармоники, содержашне
:осинусы: -
отлажены программы расчета на ЭВМ формы поршневых колец с учетом их ибростойкости и неоднородной структуры материала;
составлены (с учетом кинематики копирных устройств) блок-схема и алго-iiiTM расчета технологического контура, кривой, замыкающей зону замка, и про-шля копира;
внедрены методики расчета к копирным узлам 2УК, ЗУК, 4УК, 5УК, 7УК, УК, 9УК и к станкам МК-611, МК-6026, АР-67, АР-68 для шготовления поршне-ых колец диаметрами от 150 до 508 мм;
показан экономический эффект от внедрения результатов работы на Клип-окском заводе поршневых колец (г. Клиниы, Брянской обл.), АО Волгодизсльмаш» (г. Балаково, Саратовской обл.) и Санкт-Петербургской фирме Русский дизель».
Внедрение и производственная проверка результатов работы.
Результаты изложенных теоретических и экспериментальных исследований опробованы на Одесском, Мичуринском заводах поршневых колец; ПО Коломенском тепловозной заводе; ПО Ковровском, Тульском , Ижевском машиностроительных заводах; на заводе «Двигатель революции» (г. Нижний Новгород) и внедрены на Клинцовском заводе поршневых колец, фирме «Русский дгаель» и АО «Волго дизельмаш».
Апробация работы. Результаты исследований обсуждались на семинаре кафедры «Теория упругости» Саратовского госуниверситета им. Н.Г.Чернышевского, 1971г.; на 35-й научно-технической конференции Саратовского политехнического института, 1972 г.; на заседаниях кафедры «Сопротивление материалов и детали машин» Саратовского высшего командно-инженерного училища, 1973. 1975 гг.; семинаре по теории, методам расчета и испытаний поршневых колец, в котором принимати участие, представители головных НИИ автомобильной и тракторной промышленности (НАМИ, НАГИ, НИИТ-автопром, ОКТИПК) в Саратовском институте механизации сельского хозяйства (СИМСХ), 1974 г.; кафедре «Сопротивление матернатов» Московского инженерно-строительного института, 1975 г.; IV Всесоюзном межотраслевом семинаре «Теория, расчет, конструкции, материалы, технология изготовления, методы испытаний поршневых колец ДВС» в СИМСХ, 1976 г.; кафедре «Сопротивление ма-терішлов» Московского авиационного технологического института. 1981 г.; кафедре «Техническая механика» Саратовского высшего военного авиационного училища летчиков, 1983 г.; Всесоюзном межотраслевом научно-техническом семинаре «Повышение экономичности ДВС путем совершенствования детатей ЦПГ», г. Одесса, 1985 г.: кафедре «Сопротивление матернатов» Московского государственного технического университета, 1989 г.; межгосударственных научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» в СГАУ, 1990-1996 гг.; на НТС СГАУ, 1987, 1993 гг.; ежегодных научно-технических конференциях СГАУ, 1972...1997 гг.; расширенном заседании кафедр
«Сопротивление материалов», «Механика твердого деформируемого тела и прикладная ігнформатика», «Теория механизмов и детали машин» Саратовского государственного технического университета, 1996 г.; кафедре «Сопротивление материалов и стандартизация» СГАУ, 1997 г.
Публикации, По теме диссертации опубликовано более 60 работ, в том числе 1 монография. Подробное изложешге материала по отдельным разделам диссертации дано в 10 научных отчетах, прошедших государственную регистрацию.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и общих выводов, включает 380 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 93 рисунка, 46 приложений. Список литературы содержит 179 наименований.
В приложении представлены документы о внедрении и производственной проверке результатов работы.
